CN112306565B

CN112306565B - 一种fpga产品的加密启动装置、方法及相关组件

Info

Publication number: CN112306565B
Application number: CN202011225876.8A
Authority: CN
Inventors: 熊子涵; 丁微微; 贾学强
Original assignee: Shandong Yunhai Guochuang Cloud Computing Equipment Industry Innovation Center Co Ltd
Current assignee: Shandong Yunhai Guochuang Cloud Computing Equipment Industry Innovation Center Co Ltd
Priority date: 2020-11-05
Filing date: 2020-11-05
Publication date: 2023-05-23
Anticipated expiration: 2040-11-05
Also published as: CN112306565A

Abstract

本申请公开了一种FPGA产品的加密启动装置、方法、设备及可读存储介质，该加密启动装置包括计算模块、OTP编程模块、OTP、校验模块、启动模块，在FPGA产品生产时，计算模块获取目标版本的逻辑数据位流并进行加密计算得到第一摘要值，OTP编程模块将第一摘要值写入OTP；在FPGA产品应用时，计算模块对FLASH中当前逻辑数据位流进行加密计算得到第二摘要值，校验模块判断OTP中是否存在与第二摘要值相同的第一摘要值，若是，则触发启动模块启动FPGA产品。本申请确保了FLASH内部的逻辑数据位流的版本正确和安全完整，能够有效规避非正式版本的逻辑数据位流以及操作失误或安全漏洞导致的逻辑数据位流错误。

Description

一种FPGA产品的加密启动装置、方法及相关组件

技术领域

本发明涉及硬件安全领域，特别涉及一种FPGA产品的加密启动装置、方法及相关组件。

背景技术

当前，FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)产品开发过程中，需要多次重复对FPGA器件进行逻辑数据位流的烧写，在项目研究实验测试阶段，逻辑数据位流的版本多样，没有必要进行控制，但在项目完成后，提供给客户的逻辑数据位流需要进行良好的版本管理和安全性管理。

现有技术方案，能够通过加解密算法对逻辑数据位流进行软件加密后，再传输进FPGA器件，在FPGA内部调用解密模块进行逻辑数据位流的解密，解密成功后通过该逻辑数据位流进行启动。这种方法无法管理逻辑数据位流版本，同时安全性较差，容易被破解篡改。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种FPGA产品的加密启动装置、方法及相关组件，以实现对FPGA产品的版本管理并保证其安全性。其具体方案如下：

一种FPGA产品的加密启动装置，包括计算模块、OTP编程模块、OTP、校验模块、启动模块，其中：

在FPGA产品生产时，所述计算模块获取目标版本的逻辑数据位流并进行加密计算，得到对应该逻辑数据位流的第一摘要值并发送给所述OTP编程模块，所述OTP编程模块将所述第一摘要值写入所述OTP；

在所述FPGA产品应用时，所述计算模块对所述FPGA产品的FLASH中当前逻辑数据位流进行加密计算，得到对应该逻辑数据位流的第二摘要值并发送给所述校验模块，所述校验模块判断所述OTP中是否存在与所述第二摘要值相同的所述第一摘要值，若是，则触发所述启动模块，以启动所述FPGA产品。

优选的，所述计算模块进行加密计算的过程包括：

通过MD5摘要运算或安全哈希算法进行加密计算。

优选的，所述OTP编程模块具体用于：

在收到启动密钥后执行将所述第一摘要值写入所述OTP的动作。

优选的，所述OTP编程模块还用于：

在收到备注追加指令后，根据所述备注追加指令，对写入所述OTP的所述第一摘要值追加相应的备注标识。

优选的，所述备注追加指令包括：

对应一个或多个所述第一摘要值的版本作废标识的作废指令；

和/或，对应一个或多个所述第一摘要值的版本待定标识的待定指令；

和/或，对应一个或多个所述第一摘要值的版本优先级标识的优先指令。

优选的，所述校验模块还用于：

当所述第二摘要值与所述OTP中具有作废标识或待定标识的所述第一摘要值相同，发出标识提示。

优选的，所述目标版本具体为正式版本。

相应的，本申请公开了一种FPGA产品的加密启动方法，应用于如上文任一项所述加密启动装置，所述加密启动方法包括：

在FPGA产品生产时，通过计算模块获取目标版本的逻辑数据位流并进行加密计算，得到对应该逻辑数据位流的第一摘要值并发送给OTP编程模块，以使所述OTP编程模块将所述第一摘要值写入OTP；

在所述FPGA产品应用时，通过所述计算模块对所述FPGA产品的FLASH中当前逻辑数据位流进行加密计算，得到对应该逻辑数据位流的第二摘要值并发送给校验模块，通过所述校验模块判断所述OTP中是否存在与所述第二摘要值相同的所述第一摘要值，若是，则通过启动模块启动所述FPGA产品。

相应的，本申请公开了一种FPGA产品的加密启动设备，包括：

如上文任一项所述FPGA产品的加密启动装置；

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文所述FPGA产品的加密启动方法的步骤。

相应的，本申请公开了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文所述FPGA产品的加密启动方法的步骤。

本申请通过OTP记录对应目标版本的逻辑数据位流的第一摘要值，应用时只有当前逻辑数据位流的第二摘要值与OTP中某一第一摘要值相同才能启动FPGA产品，确保了FLASH内部的逻辑数据位流的版本正确和安全完整，能够有效规避非正式版本的逻辑数据位流以及操作失误或安全漏洞导致的逻辑数据位流错误。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种FPGA产品的加密启动装置的结构分布图；

图2为本发明实施例中一种FPGA产品的加密启动设备的结构分布图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种FPGA产品的加密启动装置，参见图1所示，包括计算模块01、OTP编程模块02、OTP 03、校验模块04、启动模块05，其中：

在FPGA产品生产时，计算模块01获取目标版本的逻辑数据位流并进行加密计算，得到对应该逻辑数据位流的第一摘要值并发送给OTP编程模块02，OTP编程模块02将第一摘要值写入OTP 03；

在FPGA产品应用时，计算模块01对FPGA产品的FLASH中当前逻辑数据位流进行加密计算，得到对应该逻辑数据位流的第二摘要值并发送给校验模块04，校验模块04判断OTP03中是否存在与第二摘要值相同的第一摘要值，若是，则触发启动模块05，以启动FPGA产品。

当然，如果校验模块04判断OTP 03中没有与第二摘要值相同的第一摘要值，则不会触发启动模块05。

通常情况下，目标版本具体为正式版本。

可以理解的是，OTP 03(One Time Programable，一次性可编程存储器)具有只可烧写一次无法更改的特点，因此在将第一摘要值写入OTP 03后，第一摘要值无法被修改，即使后续FLASH中的逻辑数据位流出现安全性和完整性的问题发生了变动，例如逻辑数据位流烧写失误或被修改，导致第二摘要值与第一摘要值不同，由于OTP 03内部的第一摘要值无法变动为第二摘要值，从而保证了FPGA产品中目标版本的逻辑数据位流的安全性。

其中，计算模块01对进行加密计算的过程包括：通过MD5摘要运算或安全哈希算法进行加密计算。

可以理解的是，MD5摘要运算以及安全哈希算法均可校核逻辑数据位流的完整性，一旦逻辑数据位流中某一位发生变动，加密计算的结果就会发生变化。除了这两种算法外，加密计算还可使用其他的算法，此处不作限制。

进一步的，OTP编程模块02具体用于：

在收到启动密钥后执行将第一摘要值写入OTP 03的动作。

可以理解的是，OTP编程模块02用于将第一摘要值写入OTP 03，考虑到第一摘要值对应了目标版本的安全数据位流的完整性，因此OTP 03不能被随便写入，因此本实施例设置OTP编程模块02的启动密钥，只有收到正确的启动密钥的情况下，OTP编程模块02才能够执行向OTP 03写入第一摘要值的操作，进一步提高了FPGA产品的安全。该启动密钥通常为预先设好的若干组数码，后续不可更改，从而避免OTP编程模块02被随意使用、在原本只有第一摘要值的OTP 03中恶意写入其他值。

进一步的，OTP编程模块02还用于：在收到备注追加指令后，根据备注追加指令，对写入OTP 03的第一摘要值追加相应的备注标识。

可以理解的是，OTP 03内每个目标版本的第一摘要值不可修改，但能够在摘要值后追加标识，OTP编程模块02将备注标识追加到相应的第一摘要值后，从而实现了更为灵活的版本管理。可以理解的是，为了确保追加备注标识的动作是可靠的，OTP编程模块02还可以再次确认是否收到启动密钥，如果是，则执行追加备注标识的动作。

具体的，备注追加指令可包括：

对应一个或多个第一摘要值的版本作废标识的作废指令；

和/或，对应一个或多个第一摘要值的版本待定标识的待定指令；

和/或，对应一个或多个第一摘要值的版本优先级标识的优先指令。

可以理解的是，在FPGA产品生产时，FLASH中可能存储了一个或多个版本的逻辑数据位流，每个版本的逻辑数据位流都会作为目标版本，通过计算模块01得到相应的第一摘要值并通过OTP编程模块02写入OTP 03，但这些版本的逻辑数据位流，可能存在各种需要备注的管理信息需要告知FPGA产品应用时的工作人员，诸如多个版本中是否存在作废版本、待定版本、不同优先级的版本等，因此在生产测试时可将这些管理信息追加到对应版本的第一摘要值之后。

进一步的，校验模块04还用于：

当第二摘要值与OTP 03中具有作废标识或待定标识的第一摘要值相同，发出标识提示。

可以理解的是，版本管理包括不同版本的记录以及查阅，当FPGA产品应用时，如果FLASH中当前逻辑数据位流对应的第二摘要值，与OTP 03中某一具有备注标识的第一摘要值相同，则意味着FLASH中当前版本的逻辑数据位流具有该备注标识，可以发出标识提示以提醒工作人员。其中，备注标识为作废标识或待定标识，意味着直接启动当前逻辑数据位流具有一定风险，需要提醒工作人员，是否向校验模块04发出确认指令来触发启动模块05；若FLASH中存在多个版本的逻辑数据位流，且具有备注标识为版本优先级标识，则可发出标识提示，告知工作人员默认选择为版本优先级更高的逻辑数据位流，或告知工作人员可选的逻辑数据位流的版本优先级，由工作人员根据标识提示，向校验模块04发出版本确认指令来触发启动模块05，使启动模块05按照对应版本确认指令的逻辑数据位流，启动FPGA产品。

相应的，本申请实施例公开了一种FPGA产品的加密启动方法，应用于如上文任一项加密启动装置，该加密启动方法包括：

在FPGA产品生产时，通过计算模块获取目标版本的逻辑数据位流并进行加密计算，得到对应该逻辑数据位流的第一摘要值并发送给OTP编程模块，以使OTP编程模块将第一摘要值写入OTP；

在FPGA产品应用时，通过计算模块对FPGA产品的FLASH中当前逻辑数据位流进行加密计算，得到对应该逻辑数据位流的第二摘要值并发送给校验模块，通过校验模块判断OTP中是否存在与第二摘要值相同的第一摘要值，若是，则通过启动模块启动FPGA产品。

相应的，本申请实施例公开了一种FPGA产品的加密启动设备，参见图2所示，包括：

如上文任一实施例所述FPGA产品的加密启动装置1；

存储器2，用于存储计算机程序；

处理器3，用于执行所述计算机程序时实现如上文所述FPGA产品的加密启动方法的步骤。

其中，具体有关FPGA产品的加密启动装置及方法的内容可参照上文实施例中的相关描述，此处不再赘述。

其中，本实施例中FPGA产品的加密启动设备与可读存储介质，均具有与上文中FPGA产品的加密启动方法相同的有益效果，此处不再赘述。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种FPGA产品的加密启动装置、方法及相关组件进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种FPGA产品的加密启动装置，其特征在于，包括计算模块、OTP编程模块、OTP、校验模块、启动模块，其中：

在所述FPGA产品应用时，所述计算模块对所述FPGA产品的FLASH中当前逻辑数据位流进行加密计算，得到对应该逻辑数据位流的第二摘要值并发送给所述校验模块，所述校验模块判断所述OTP中是否存在与所述第二摘要值相同的所述第一摘要值，若是，则触发所述启动模块，以启动所述FPGA产品；

所述启动模块用于通过当前逻辑数据位流启动所述FPGA产品；

所述OTP编程模块还用于：

在收到备注追加指令后，根据所述备注追加指令，对写入所述OTP的所述第一摘要值追加相应的备注标识；

所述备注追加指令包括：

和/或，对应一个或多个所述第一摘要值的版本优先级标识的优先指令；

所述校验模块还用于：

2.根据权利要求1所述加密启动装置，其特征在于，所述计算模块进行加密计算的过程包括：

通过MD5摘要运算或安全哈希算法进行加密计算。

3.根据权利要求1所述加密启动装置，其特征在于，所述OTP编程模块具体用于：

4.根据权利要求1至3任一项所述加密启动装置，其特征在于，所述目标版本具体为正式版本。

5.一种FPGA产品的加密启动方法，其特征在于，应用于权利要求1至4任一项所述加密启动装置，所述加密启动方法包括：

在所述FPGA产品应用时，通过所述计算模块对所述FPGA产品的FLASH中当前逻辑数据位流进行加密计算，得到对应该逻辑数据位流的第二摘要值并发送给校验模块，通过所述校验模块判断所述OTP中是否存在与所述第二摘要值相同的所述第一摘要值，若是，则通过启动模块启动所述FPGA产品；

所述通过启动模块启动所述FPGA产品的过程，包括：

通过启动模块通过当前逻辑数据位流启动所述FPGA产品；

所述加密启动方法还包括：

所述OTP编程模块在收到备注追加指令后，根据所述备注追加指令，对写入所述OTP的所述第一摘要值追加相应的备注标识；

所述备注追加指令包括：

所述加密启动方法还包括：

当所述第二摘要值与所述OTP中具有作废标识或待定标识的所述第一摘要值相同，所述校验模块发出标识提示。

6.一种FPGA产品的加密启动设备，其特征在于，包括：

如权利要求1至4任一项所述FPGA产品的加密启动装置；

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求5所述FPGA产品的加密启动方法的步骤。

7.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求5所述FPGA产品的加密启动方法的步骤。